李石

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車輛盲區(qū)檢測(cè)系統(tǒng)硬件在環(huán)自動(dòng)化測(cè)試研究

李石

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

為了縮短車輛盲區(qū)檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本，文章采用NI的硬件架構(gòu)，以IPG為軟件平臺(tái)構(gòu)建了盲區(qū)檢測(cè)硬件在環(huán)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，全面介紹該自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的組成以及工作原理。并在此基礎(chǔ)上提出了一種盲區(qū)檢測(cè)系統(tǒng)的硬件在環(huán)自動(dòng)化測(cè)試方法，將車輛盲區(qū)檢測(cè)控制器接入到所構(gòu)建的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)中，通過(guò)設(shè)計(jì)測(cè)試用例，編輯測(cè)試序列并執(zhí)行，最終生成詳細(xì)的測(cè)試報(bào)告完成對(duì)盲區(qū)檢測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化測(cè)試。最后，通過(guò)采用本文提出的自動(dòng)化測(cè)試方法，發(fā)現(xiàn)了某款車型盲區(qū)檢測(cè)控制器的功能性問(wèn)題，并且該自動(dòng)化測(cè)試方法相較于傳統(tǒng)人工測(cè)試方法在測(cè)試周期以及成本等方面表現(xiàn)出了極大的優(yōu)勢(shì)。

盲區(qū)檢測(cè)系統(tǒng)；硬件在環(huán)；自動(dòng)化測(cè)試；NI硬件平臺(tái)

引言

隨著汽車技術(shù)的飛速發(fā)展，智能化、網(wǎng)聯(lián)化已成為各大OEM(Original Equipment Manufacturer，簡(jiǎn)稱OEM)關(guān)注的熱點(diǎn)。盲區(qū)檢測(cè)系統(tǒng)[1]（Blind Spot Detection System，簡(jiǎn)稱BSD）在高速換道、后方車輛超車過(guò)程中對(duì)減少交通事故發(fā)生起著關(guān)鍵作用，已成為車輛高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)中必不可少的部分。

目前各大整車廠均依據(jù)“V流程開(kāi)發(fā)”[2]對(duì)高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)進(jìn)行正向開(kāi)發(fā)。隨著整車電氣系統(tǒng)趨于復(fù)雜，傳統(tǒng)的人工測(cè)試已經(jīng)無(wú)法滿足復(fù)雜的測(cè)試需求，硬件在環(huán)[3]（Hard -ware-in-loop，簡(jiǎn)稱HIL）自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。相對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)試技術(shù)，硬件在環(huán)測(cè)試技術(shù)能夠模擬極限危險(xiǎn)工況，復(fù)雜工況能夠快速?gòu)?fù)現(xiàn)，平臺(tái)可移植性強(qiáng)，準(zhǔn)備周期短等優(yōu)點(diǎn)，在控制器研發(fā)初期對(duì)其功能進(jìn)行充分驗(yàn)證，擺脫外圍器件的開(kāi)發(fā)進(jìn)度對(duì)被測(cè)對(duì)象的影響，從而達(dá)到縮短開(kāi)發(fā)周期，減小開(kāi)發(fā)成本的效果。目前HIL測(cè)試技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)大量運(yùn)用于汽車電子的測(cè)試之中，且普遍以NI的硬件系統(tǒng)為主，軟件部分利用不同的自動(dòng)化測(cè)試軟件以及動(dòng)力學(xué)仿真軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真測(cè)試；此類方法將場(chǎng)景仿真和自動(dòng)化測(cè)試序列的搭建分離；國(guó)內(nèi)目前也有多家OEM關(guān)注并建立了自己的HIL測(cè)試實(shí)驗(yàn)室并完成了相關(guān)的測(cè)試工作并取得了好的效果；但是截止目前為止，據(jù)筆者所了解，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有OEM針對(duì)BSD系統(tǒng)做過(guò)HIL測(cè)試；本文根據(jù)已有的HIL測(cè)試技術(shù)，全新開(kāi)發(fā)出基于NI的硬件，IPG為軟件平臺(tái)的一套全新的BSD HIL測(cè)試系統(tǒng)，將場(chǎng)景仿真和序列搭建融合在IPG一個(gè)軟件中實(shí)現(xiàn)，降低了成本，同時(shí)也達(dá)到了測(cè)試的目的。

1 BSD系統(tǒng)的工作原理

盲區(qū)檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)雷達(dá)傳感器來(lái)監(jiān)控本車側(cè)后方的區(qū)域，可以在一定范圍內(nèi)探測(cè)到鄰近車道上其它車輛的當(dāng)前位置、行駛速度、行駛方向。具體方法是：通過(guò)安裝在車輛后保險(xiǎn)杠兩側(cè)的雷達(dá)發(fā)射毫米波和對(duì)回波進(jìn)行分析，對(duì)本車道和相鄰車道內(nèi)的車輛信息進(jìn)行探測(cè)。當(dāng)有車輛出現(xiàn)在雷達(dá)覆蓋區(qū)并滿足報(bào)警條件時(shí)，可通過(guò)CAN總線將報(bào)警信息發(fā)送給車輛其他電子部件，同時(shí)驅(qū)動(dòng)指示燈和蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。

盲區(qū)檢測(cè)系統(tǒng)原理核心是雷達(dá)對(duì)被探測(cè)物體回波信號(hào)進(jìn)行分析處理，下面主要介紹該部分。

圖1 雷達(dá)目標(biāo)信息探測(cè)工作邏輯示意圖

如圖1所示，雷達(dá)向其覆蓋區(qū)域內(nèi)發(fā)射調(diào)頻連續(xù)波，當(dāng)遇到被測(cè)目標(biāo)時(shí)被反射回來(lái)，由接收天線進(jìn)行接收，送至射頻處理電路進(jìn)行處理，其輸出的中頻信號(hào)再由ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送至數(shù)字處理電路進(jìn)行兩次FFT（Fast Fourier trans -form，簡(jiǎn)稱FFT）運(yùn)算得出目標(biāo)的距離和速度。其中雷達(dá)對(duì)距離、速度及角度的計(jì)算處理過(guò)程如下。

1.1 距離計(jì)算

通過(guò)對(duì)N個(gè)周期的回波信號(hào)分別作M點(diǎn)FFT運(yùn)算[4]，得到對(duì)應(yīng)目標(biāo)距離的差拍信號(hào)頻譜，經(jīng)過(guò)恒虛警率(Constant False Alarm Rate，簡(jiǎn)稱CFAR)[5]處理，再根據(jù)譜峰值計(jì)算出中頻信息，即可計(jì)算出距離。

1.2 速度計(jì)算

完成距離變換后，再對(duì)同一距離單元內(nèi)不同周期的采樣點(diǎn)做M點(diǎn)FFT運(yùn)算，即MTD，求出多普勒頻率[6]f，再根據(jù)速度計(jì)算公式V=λf? 2（為波長(zhǎng)），求出目標(biāo)速度。

1.3 角度計(jì)算

在距離頻率域，經(jīng)恒虛警CFAR處理之后，對(duì)兩組接收天線收到的信號(hào)進(jìn)行比相測(cè)角[7]，即可得出目標(biāo)的角度信息。

盲區(qū)檢測(cè)控制器是盲區(qū)檢測(cè)系統(tǒng)的控制單元，包括主、副雷達(dá)控制器，通過(guò)硬線的開(kāi)關(guān)信號(hào)、雷達(dá)總線信號(hào)等傳感器信號(hào)輸入模塊，經(jīng)過(guò)控制器內(nèi)部處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛盲區(qū)范圍內(nèi)車輛報(bào)警功能。

本文基于盲區(qū)檢測(cè)系統(tǒng)工作原理及流程開(kāi)發(fā)出針對(duì)盲區(qū)檢測(cè)系統(tǒng)硬件在環(huán)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)硬件架構(gòu)及測(cè)試方法。

2 BSD HIL測(cè)試系統(tǒng)原理及組成

2.1 BSD HIL系統(tǒng)測(cè)試原理

盲區(qū)檢測(cè)系統(tǒng)工作條件復(fù)雜，需要多輛車輛協(xié)助測(cè)試，而且存在一些危險(xiǎn)的測(cè)試工況，如報(bào)警區(qū)域的測(cè)試，這些測(cè)試通過(guò)人工實(shí)車測(cè)試耗費(fèi)大量的人力物力成本，且重復(fù)工作較多，測(cè)試周期較長(zhǎng)，效率低下。自動(dòng)化測(cè)試通過(guò)仿真模型實(shí)現(xiàn)車輛的動(dòng)力學(xué)[8]仿真，通過(guò)I/O模型[9]實(shí)現(xiàn)盲區(qū)檢測(cè)控制器與車輛進(jìn)行通訊，利用自動(dòng)化測(cè)試軟件給控制器輸入并監(jiān)控其輸出，達(dá)到自動(dòng)化測(cè)試的效果。

2.2 BSD HIL測(cè)試系統(tǒng)組成

如圖2所示，HIL測(cè)試系統(tǒng)[10]主要由試驗(yàn)管理軟件、仿真模型、測(cè)試上位機(jī)以及硬件平臺(tái)組成；本系統(tǒng)基于NI的硬件平臺(tái)和試驗(yàn)管理系統(tǒng)，上位機(jī)中利用IPG進(jìn)行場(chǎng)景仿真和自動(dòng)化測(cè)試管理。

如圖3所示硬件結(jié)構(gòu)及信號(hào)流向圖，HIL測(cè)試系統(tǒng)主要由上位機(jī)、機(jī)柜、被測(cè)ECU三部分組成。其中，上位機(jī)運(yùn)行Veristand與IPG場(chǎng)景，其與下位機(jī)通過(guò)網(wǎng)口通信，上位機(jī)的IPG模型及MATLAB模型編譯后下載至下位機(jī)運(yùn)行，測(cè)試人員可以在該界面通過(guò)IPG軟件或者Veristand軟件控制車輛、搭建場(chǎng)景、讀取信號(hào)等。機(jī)柜由下位機(jī)、NI板卡、信號(hào)調(diào)理板卡及故障注入板卡、電源模塊等組成，下位機(jī)主要負(fù)責(zé)運(yùn)行動(dòng)力學(xué)模型及IO模型，IO模型一方面與動(dòng)力學(xué)模型通信，一方面與NI板卡通信，充當(dāng)NI板卡與CM_mdl之間通信的“媒介”，此外，機(jī)柜還有信號(hào)調(diào)理板卡、給ECU供電的程控電源以及給整個(gè)機(jī)柜供電的PDU模塊。盲區(qū)檢測(cè)控制器為被測(cè)試件，其通過(guò)EDAC接口與機(jī)柜相連；測(cè)試過(guò)程中通過(guò)IPG軟件進(jìn)行測(cè)試場(chǎng)景仿真，利用整個(gè)硬件平臺(tái)將車速、檔位等不同的輸入給到盲區(qū)檢測(cè)控制器，最后通過(guò)IPG對(duì)控制器的輸出進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)盲區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化測(cè)試。

圖2 HIL測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 HIL測(cè)試硬件結(jié)構(gòu)及信號(hào)流向圖

3 BSD HIL系統(tǒng)自動(dòng)化測(cè)試方法

3.1 仿真模型搭建

仿真模型包括IO模型和車輛動(dòng)力學(xué)模型，IO模型利用機(jī)柜的信號(hào)列表和整車DBC文件導(dǎo)入到Matlab中的IO模型生成器自動(dòng)生成，車輛動(dòng)力學(xué)用IPG自帶的動(dòng)力學(xué)模型；由于HIL測(cè)試設(shè)備采用NI的硬件，IPG軟件并不能直接調(diào)用NI板卡各通道，因此需要通過(guò)Mapping的方式，關(guān)聯(lián)上NI板卡的通道。如圖4所示，虛線下方為模型部分，包含CM_mdl與IO_mdl兩個(gè)模塊，它們之間實(shí)時(shí)通信，其中Convert模塊是用于一些簡(jiǎn)單的邏輯轉(zhuǎn)換（如單位換算等），IO_mdl內(nèi)部的信號(hào)通過(guò)Mapping的方式關(guān)聯(lián)NI板卡，CM_mdl內(nèi)部的信號(hào)通過(guò)Mapping的方式關(guān)聯(lián)IPG內(nèi)部信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)IPG軟件對(duì)NI硬件信號(hào)通道的調(diào)用與控制。

圖4 模型信號(hào)流向圖

3.2 IPG軟件自動(dòng)化測(cè)試設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)IPG的HIL測(cè)試，測(cè)試人員需要完成搭建TestRun及TestManager兩部分工作內(nèi)容。其中，TestRun包含執(zhí)行該測(cè)試用例的初始條件及操作步驟等所有信息，同時(shí)，一般在TestRun中，我們會(huì)采集某些變量的值，以便用于后續(xù)序列評(píng)價(jià)準(zhǔn)則的構(gòu)建。而TestManager的主要作用則是測(cè)試序列管理，在該部分可以實(shí)現(xiàn)測(cè)試序列評(píng)價(jià)，打印測(cè)試報(bào)告等。

本文以搭建一個(gè)目標(biāo)車輛超越本車測(cè)試用例為例，介紹搭建TestRun及TestManager的方法，測(cè)試用例描述如下：左彎道半徑250m，試驗(yàn)車以72km/h速度行駛，目標(biāo)摩托車在試驗(yàn)車左后方以82km/h速度靠近試驗(yàn)車，目標(biāo)摩托車右側(cè)最外沿與試驗(yàn)車中心線的距離為2m，目標(biāo)摩托車進(jìn)入試驗(yàn)車盲區(qū)范圍內(nèi)，BSD報(bào)警，記錄開(kāi)始報(bào)警時(shí)刻和結(jié)束報(bào)警時(shí)刻試驗(yàn)車和摩托車的縱向距離。

3.2.1 TestRun搭建

圖6 目標(biāo)車參數(shù)配置

TestRun包括道路搭建、交通參與者參數(shù)配置、試驗(yàn)車輛信息配置等步驟；道路搭建包括道路屬性預(yù)設(shè)、道路繪制、附屬物添加、路徑設(shè)置等，具體的效果如圖5所示；交通參與者的配置主要包括目標(biāo)車的初始位置、Route屬性設(shè)置以及行駛速度等，如果6所示；試驗(yàn)車輛信息配置包括Label、End Condition、Duration(time/dist)、車輛縱向控制以及橫向控制和相關(guān)的操作指令，如圖7所示：

圖7 試驗(yàn)車輛信息配置

3.2.2 測(cè)試序列管理搭建

測(cè)試序列管理包括Characteristics添加、Criteria添加、Diagram添加；對(duì)于該測(cè)試TestRun，BSD開(kāi)始報(bào)警和結(jié)束報(bào)警時(shí)的距離是我們比較關(guān)注的參數(shù)，為了使得開(kāi)始報(bào)警和結(jié)束報(bào)警時(shí)刻本車和目標(biāo)車之間的距離打印出來(lái)，我們需要添加一些Characteristics。圖8是添加的Characteris -tics，其主要利用實(shí)時(shí)表達(dá)式（RTexpr）腳本計(jì)算報(bào)警時(shí)刻和結(jié)束報(bào)警時(shí)刻的本車和目標(biāo)車之間的距離；為評(píng)價(jià)測(cè)試用例是否通過(guò)，需要通過(guò)Add添加評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，如圖9所示。在上文所述的測(cè)試用例中，評(píng)價(jià)準(zhǔn)則報(bào)警時(shí)刻的BSD主狀態(tài)（SYSTEM_STATUS1）；對(duì)于測(cè)試報(bào)告而言，為了直觀的分析測(cè)試結(jié)果，需要添加圖表將一些變量的變化繪制出來(lái)便于后期分析，如圖10所示。

圖8 Characteristics添加

圖9 添加評(píng)價(jià)準(zhǔn)則

圖10 添加圖表

3.2.3 測(cè)試報(bào)告生成

在執(zhí)行完測(cè)試序列之后選擇生成測(cè)試報(bào)告，測(cè)試報(bào)告如圖11所示。

圖11 自動(dòng)化測(cè)試報(bào)告

3.2.4 測(cè)試仿真示意圖

測(cè)試模型建好之后，可以打開(kāi)Veristand軟件,實(shí)施讀取Carmaker軟件及UI界面，實(shí)施顯示測(cè)試效果及動(dòng)畫(huà)，如圖12所示，圖中顯示紅色按鈕顯示目標(biāo)車進(jìn)入主車報(bào)警區(qū)域，UI界面發(fā)車報(bào)警信號(hào)。

圖12 仿真測(cè)試動(dòng)畫(huà)示意圖

4 某型BSD 控制器測(cè)試結(jié)果及分析

通過(guò)自動(dòng)化HIL測(cè)試發(fā)現(xiàn)了某款車型BSD控制器的功能性問(wèn)題。如果對(duì)該款車型BSD控制器進(jìn)行手動(dòng)測(cè)試一般需要一周時(shí)間，而自動(dòng)化測(cè)試大概需要24小時(shí)，后期回歸測(cè)試一鍵測(cè)試，效率能夠提高5-7倍。

以下舉例說(shuō)明，主車超越目標(biāo)車(相對(duì)速度差為15km/ h)，BSD功能不報(bào)警；（當(dāng)兩車相對(duì)速度＜13km/h時(shí)，BSD功能可以正常發(fā)出報(bào)警，當(dāng)兩車相對(duì)速度＞13km/h時(shí)，BSD功能不報(bào)警）。如圖13所示。

5 結(jié)論

本文闡述了一種盲區(qū)檢測(cè)系統(tǒng)的HIL自動(dòng)化測(cè)試方法，包括盲區(qū)檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理，BSD HIL系統(tǒng)的工作原理以及舉例說(shuō)明了在IPG環(huán)境下的自動(dòng)化測(cè)試詳細(xì)流程，HIL自動(dòng)化測(cè)試方法明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的人工測(cè)試，在測(cè)試周期、測(cè)試覆蓋度以及降低成本上具有顯著優(yōu)勢(shì)，有利于電氣功能在開(kāi)發(fā)階段功能充分驗(yàn)證，降低車輛電氣故障率。

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Study of Hardware-in-loop Automatic Testing System for Vehicle Blind SpotDetection System

Li Shi

（Anhui Jianghuai Automobile Group Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

In order to shorten the development cycle of vehicle blind spot detection(BSD) system and reduce the develop -ment cost, a hardware-in-loop(HIL) automatic testing system for BSD system is developed in this paper based on the hardware architecture of NI and the IPG software platform. The composition and working principle of the automatic testing system are introduced.On this basis, a HIL automatic testing method for BSD system is proposed, andthe BSD controller is connected to the constructed automatic testing system. Through designing testing cases, editing testing sequences and execution the sequences,a detailed testing report is generated finally to complete the automatic testing for BSD system.Finally, by using the automated test method proposed in this paper, the functional problems of the BSD controller for a certain type of vehicle are founded, and the proposed BSD system HIL automatic testing method shows great advantages over the traditional manual testing method in terms of testing cycle and cost.

Blind Spot Detection (BSD) system; Hardware-in-Loop (HIL); Automated Testing; NI Hardware Platform

U467

A

1671-7988(2019)09-137-05

U467

A

1671-7988(2019)09-137-05

李石 (1978-)，男，碩士，工程師，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.09.045